第十七章细胞外基质和细胞连接
细胞间连接和细胞外基质在生物学中的作用
细胞间连接和细胞外基质在生物学中的作用细胞是构成生命的最基本单位，然而，由于生命体的复杂性和多样性，一个个细胞并不是孤立存在的，它们之间有着紧密的联系和协作。
这种联系和协作涉及细胞间连接和细胞外基质的作用。
一、细胞间连接的种类和作用细胞间连接是细胞之间联系的桥梁，不同类型的细胞间连接具有不同的结构和功能。
1、质膜连接质膜连接是一种广泛存在于动物细胞中的连接形式。
它是由细胞膜上的蛋白质和多糖物质组成的。
根据连接蛋白的不同，质膜连接可分为紧密连接、缝隙连接和粘接连接。
紧密连接存在于动物组织中的上皮组织中，可以有效地防止物质的渗透和侵入。
缝隙连接则存在于心肌细胞和神经细胞中，具有传递化学和电信号的作用。
粘接连接则存在于上皮细胞外上基底膜和胆囊壁等组织中。
2、胞间连丝胞间连丝存在于植物和真菌细胞中，它是由蛋白质组成的细胞间连通道，对于细胞间物质的传递和信号的传递起到了关键的作用。
胞间连丝可以调控植物的发育和对环境的适应能力。
3、锚定连接锚定连接存在于不同细胞类型之间，它是由细胞表面的一些蛋白质和骨架蛋白组成的。
锚定连接可以在机体内稳定地维护各种不同类型细胞的形态、结构和功能。
二、细胞外基质的作用细胞外基质是细胞外的一种生物大分子网络，包括蛋白质（如胶原蛋白、纤维素等）、糖类（如透明质酸、硫酸软骨素等）和水分子等成分。
它对于生命体的正常运作起到了很重要的作用。
1、提供支持和保护细胞外基质为细胞提供了支持和保护，对于细胞的生命和运动起到了关键的作用。
例如，细胞外基质可以稳定性维护皮肤的结构和功能，防止物质的侵入。
2、细胞信号传递细胞外基质中的不同蛋白质和糖类物质对于细胞的信号传递起着重要作用。
例如，一些生物大分子可以调节细胞的分化、生长和修复等功能，促进生长发育。
3、调节细胞功能细胞外基质可以直接影响细胞的功能和生命过程。
例如，一些蛋白质可以影响细胞的粘附和运动性，从而影响细胞的分离、迁移和漂浮等过程。
总的来说，细胞间连接和细胞外基质在生命体的正常运作中起到了关键作用。
细胞连接与细胞外基质
组织损伤过程中，细胞连接和 细胞外基质的改变可以影响组 织的修复和再生。
损伤的组织通过分泌多种生长 因子和细胞因子，促进细胞外 基质的合成和重塑，以实现组 织的修复和再生。
组织损伤和修复过程中，细胞 连接和细胞外基质的异常可以 导致组织纤维化和疤痕形成。
05
展望与未来研究方向
深入研究细胞连接与细胞外基质的分子机制
通讯连接是指细胞之间通过信号分子传递信息的一种连接方式，这种连接方式能够调节细胞的生长、分化和功能。
详细描述
通讯连接主要包括间隙连接、化学突触和胞间连丝等。间隙连接允许小分子物质和离子在细胞间传递信息；化学 突触则通过神经递质传递信息；胞间连丝则是植物细胞间的一种通讯方式。这些通讯连接方式对于维持机体的稳 态和生理功能具有重要作用。
粘附具有重要作用。
03
细胞连接与细胞外基质的生物学 功能
维持组织结构与完整性
细胞连接
细胞连接是细胞间相互作用的一种方 式，通过细胞连接，细胞可以相互连 接形成一个整体，维持组织的结构与 完整性。
细胞外基质
细胞外基质是由细胞分泌的蛋白质和 多糖等组成的复杂网络结构，它能够 提供细胞附着和支撑，同时维持组织 的形态和完整性。
蛋白聚糖
总结词
蛋白聚糖是一种复杂的糖蛋白，由核心蛋白和糖胺聚糖组成，具有高度的亲水性和粘附 性，能够吸水和保有大量水分，对维持组织的湿润度和细胞间的粘附具有重要作用。
详细描述
蛋白聚糖是由核心蛋白和糖胺聚糖组成的复合物，其中核心蛋白可以与多个糖胺聚糖结 合。糖胺聚糖是一种长链的阴离子聚合体，具有高度的亲水性和粘附性。在人体中，蛋 白聚糖主要分布在关节滑液、玻璃体和房水中，对于维持这些组织的湿润度和细胞间的
深入研究细胞连接与细胞外基质之间 的相互作用及其调控机制，包括信号 转导、蛋白质相互作用等。
细胞学作业第十七章--细胞的社会联系
一、细胞通过哪些方式产生社会联系？细胞社会联系有何生物学意义？细胞黏着、细胞连接、细胞通讯以及细胞与胞外基质的相互作用，构成复杂的细胞社会。
细胞社会联系在胚胎发育、组织构建等过程中尤为重要。
细胞的社会联系体现在细胞与细胞间、细胞与胞外环境甚至机体间的相互作用、相互制约和相互依存。
在胚胎发育中，胚胎细胞通过细胞社会的联系彼此交流信息，以决定细胞的行为和命运，包括结构和功能分化、位置以及生死抉择等。
细胞社会联系是组织建成、维持及修复的最主要保障。
神经细胞、免疫细胞以及内分泌细胞通过社会性联系，共同参与并维持机体的稳态平衡。
二、细胞连接有哪几种类型，各有什么功能？动物细胞有三种类型的连接∶紧密连接,粘着连接,间隙连接，每一种连接都具有独特的功能∶封闭(紧密连接)、粘着(斑形成连接)和通讯(间隙连接)。
这三种类型的细胞连接中,粘着连接最为复杂,并且易同细胞粘着相混淆。
根据粘着连接在连接中所涉及的细胞外基质和细胞骨架的关系又分为四种类型:桥粒、半桥粒、粘着带和粘着斑。
三、细胞黏着分子与胞外基质成分有哪些，分别有什么功能？细胞黏着分子可大致分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素。
钙粘素，选择素，免疫球蛋白超家族，整合素，透明质酸粘素钙粘素的作用主要有以下几个方面：1．介导细胞连接，在成年脊椎动物，E-钙粘素是保持上皮细胞相互粘合的主要CAM，是粘合带的主要构成成分。
桥粒中的钙粘素就是desmoglein及desmocollin。
2．参与细胞分化，钙粘素对于胚胎细胞的早期分化及成体组织（尤其是上皮及神经组织）的构筑有重要作用。
在发育过程中通过调控钙粘素表达的种类与数量可决定胚胎细胞间的相互作用（粘合、分离、迁移、再粘合），从而通过细胞的微环境，影响细胞的分化，参与器官形成过程。
3．抑制细胞迁移，很多种癌组织中细胞表面的E钙粘素减少或消失，以致癌细胞易从瘤块脱落，成为侵袭与转移的前提。
细胞连接和细胞外基质
细胞连接和细胞外基质细胞连接与细胞黏附是细胞结构和功能联系的基本形式一、细胞连接（一）概念：细胞表面与其他细胞或细胞外基质结合的特化区称为细胞连接（二）分布：主要分布在上皮细胞之间（三）功能:加强细胞间机械联系和维持组织结构完整性、协调性（四）分类：封闭连接（紧密连接 间壁连接） 锚定连接 通讯连接1、紧密连接a.特点：封闭细胞间隙，限制物质流动，见于皮肤、上皮细胞等组织b.分子组成：密封蛋白 闭合蛋白 PDZ蛋白、ZO家族c.电镜下结构：紧密连接处，两个相邻细胞质膜以断续的点连在一起特殊的跨膜蛋白排列形成蛋白质颗粒条索，交错成网状，将细胞间隙封闭起来d.存在部位：环绕每个上皮细胞的游离端顶部e.主要功能：形成渗透屏障，起着封闭上皮细胞的间隙的作用，保证组织内环境的稳定防止细胞外物质无选择地通过细胞间隙进入组织防止组织中的物质回流入腔中形成上皮细胞质膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，从而维持上皮细胞的极性将上皮细胞联合形成整体的机械连接作用2、锚定连接a.概念：是一类由细胞骨架纤维参与，存在于细胞之间或细胞与细胞外基质之间的连接结构b.连接蛋白组成：跨膜粘连蛋白 胞内锚定蛋白 胞内骨架纤维c.功能：保持组织细胞之间的坚韧性d.类型：粘合连接：细胞内骨架蛋白——肌动蛋白桥粒连接：细胞内骨架——中间纤维3、粘和连接（1）粘合带：使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和跨膜粘连蛋白连成广泛的跨膜网，使组织连为一个坚固的整体（2）粘合斑：是与细胞外基质间的连接（3）桥粒：细胞与细胞（4）半桥粒：细胞与胞外基质4、通讯连接（1）间隙连接a.结构：由连接字构成（2）化学突触神经元与神经元 神经元与肌细胞二、细胞粘附（一）细胞粘附分子：介导细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间相互结合并起粘附作用的一类细胞表面分子结构：胞外区 跨膜区 胞质区（二）钙黏着蛋白家族 选择素 免疫球蛋白超家族 整联蛋白家族。
细胞外基质与细胞连接
亚单位
结构
分布
Ⅰ
α1(Ⅰ)，α2(Ⅰ)
纤维状
皮肤、腱、骨等
Ⅱ
α1(Ⅱ)
纤维状
软骨、玻璃体液
Ⅲ
α1(Ⅲ)
纤维状
皮肤、肌肉等
Ⅳ
α1(Ⅳ)，α2(Ⅳ)
非纤维状
所有的基膜
Ⅴ
α1(Ⅴ)，α2(Ⅴ)，α3(Ⅴ)
纤维状
大多数间隙组织
Ⅵ
α1(Ⅵ)，α2(Ⅵ)，α3(Ⅵ)
纤维状
大多数间隙组织
Ⅶ
α1(Ⅶ)
非纤维状
结构上呈现不对称的十字形， 由一条长臂和三条相似的短臂构成。β1和β2短臂上有两个球形域， α链上的短臂有三个球形结构域，其中有一个结构域同Ⅳ型胶原结合，第二个结构域同肝素结合，还有同细胞表面受体结合的结构域。
层粘连蛋白结构
2、层粘连蛋白功能
LN分子中具有与Ⅳ型胶原、细胞表面、及其它的蛋白聚糖结合的位点。在基膜中，主要功能就是作为基膜的主要结构成分对基膜的组装起关键作用， 在细胞表面形成网络结构并将细胞固定在基膜上。
01
LN还有许多其他的作用，如在细胞发育过程中刺激细胞粘着、细胞运动。LN还能够刺激胚胎中神经轴的生长，并促进成年动物的神经损伤后再生。
01
如同纤粘连蛋白，细胞外的LN能够影响细胞的生长、迁移和分化。
01
An overview of the macromolecular organization of the extracellular matrix.
过度松弛皮肤症
6、如果编码胶原的基因发生突变，将导致胶原病。若影响到胶原纤维的正确装配，皮肤和其它各种结缔组织就会因此降低强度而变得非常的松弛。
弹性蛋白是弹性纤维(elastic fibers)的主要成分。弹性纤维主要存在于韧带和脉管壁。弹性纤维与胶原纤维共同存在， 赋予组织以弹性和抗张能力 。
细胞连接、细胞粘附与细胞外基质-细胞生物学-课件
信号转导
细胞外基质通过与细胞的相互作用， 传递生长、分化等信号，影响细胞行 为。
物质交换
细胞通过细胞外基质摄取营养物质， 同时排出代谢废物。
力学响应
细胞能够感知并响应细胞外基质的物 理特性，如应变、张力等，从而调整 自身行为。
05
细胞连接、细胞粘附与细胞外基质的
相互关系
细胞连接与细胞外基质的相互作用
细胞连接是指细胞间相互作用和连接的方式， 包括紧密连接、锚定连接和通讯连接等。
细胞外基质是由多种蛋白质和生物大分子组成 的复杂网络，为细胞提供支持和保护。
细胞连接与细胞外基质的相互作用主要表现在 细胞外基质通过与细胞连接的相互作用，影响 细胞的生长、分化、迁移和凋亡等过程。
细胞粘附与细胞外基质的相互作用
细胞连接、细胞粘附与细 胞外基质
• 引言 • 细胞连接 • 细胞粘附 • 细胞外基质 • 细胞连接、细胞粘附与细胞外基质的
相互关系 • 总结与展望
01
引言
细胞连接、细胞粘附与细胞外基质的定义
01
02
03
细胞连接
细胞连接是指细胞间通过 特定分子相互连接的方式， 包括紧密连接、锚定连接 和通讯连接等。
功能粘附不仅有助于维持细胞的正常 生理功能，还与肿瘤转移、炎症反应 等病理过程密切相关。
信号转导与粘附
信号转导与粘附是相互关联的过程，细胞粘附分子在介导细 胞与细胞外基质之间的相互作用的同时，也传递着生长因子 、激素等信号分子。
这些信号分子通过激活特定的信号转导通路，影响细胞的生 长、分化、凋亡等生物学过程，对于维持组织稳态和疾病发 展具有重要意义。
细胞粘附
细胞粘附是指细胞与细胞 之间或细胞与胞外基质之 间的相互作用，通过粘附 分子实现。
第十七章 细胞连接
三、GAG和PG的功能
弹性、抗压性 选择渗透性（分子筛） 其他：透光性、抗凝血、信号转导等
二 胶原与弹性蛋白
胶原纤维
弹性纤维
一、胶原（ Collagen）
含量最多（25%）、分布广泛 纤维蛋白家族 来源：成纤维细胞 软骨细胞 成骨细胞 上皮细胞等
1、胶原的主要类型及分布
类型：19种(见表格)
一、氨基聚糖 （GAG）
1、结构： 重复的二糖单位聚合而成的直链多糖 二糖单位：氨基己糖、糖醛酸 2、电性：强负电性
一、氨基聚糖 （GAG）
3、分类 透明质酸（HA） 硫酸软骨素（CS） 硫酸皮肤素（DS） 硫酸乙酰肝素（HS） 肝素 硫酸角质素（KS）
透明质酸（HA）
结构：最简单 不发生硫酸化 含有大量亲水基团、负电荷 形态：呈无规则卷曲状 降解：透明质酸酶 功能：赋予组织弹性、抗压性 促进细胞迁移、增殖
胞内连接成份：
微丝 与粘着带相连的微丝在细胞中形成平行于细胞 膜的可收缩的纤维束。
粘着斑（adhesion plaque）
是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方式。 跨膜连接糖蛋白
整合素家族 integrins 行使纤连蛋白受体的功能，并通过纤连蛋白与细胞外基质 结合
细胞内结构
微丝
在粘着斑形成的过程中，GTP结合蛋白Rho激酶起着 关键的调节作用。 粘着斑和粘着带均起着细胞附着与支持的功能。
3. 桥粒（desmosome）
桥粒在两个细胞间形成钮扣式的结构将 相邻细胞铆接在一起
跨膜糖蛋白
钙粘素家族
细胞内锚定成份
中间纤维
细胞质内的中间纤维通过桥粒相互连接 形成贯穿于整个组织的整体网络，支持 该组织并抵抗外界压力与张力。
细胞生物学17 细胞的社会联系
四、纤连蛋白和层粘连蛋白
纤粘连蛋白： 高分子量糖蛋白，是多聚体，20种以上，受体是整合蛋 白家族，介导细胞粘附，促成细胞迁移。 层粘连蛋白: 是各种动物胚胎和成体组织基膜的主要结构组分，细胞 常通过层粘连蛋白固定于基膜上
层粘连蛋白分子
上皮细胞的细胞外基质
五、植物细胞壁
分初生壁和次生壁 纤维素：葡萄糖分子以β(1-4)糖苷腱的线性多聚体分子 半纤维素：由木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支 的多糖 果胶：是大量带负电荷的糖（半乳糖醛酸）。 木质素：酚残基形成的水不容性多聚体
2. 胞间连丝 植物细胞间相互联系的纽带，管状结构，中间内质网延伸成链 管；细胞通讯，选择性的物质运输
3. 化学突触 可兴奋细胞之间的一种连接方式，通过释放神经递质来传导神 经冲动
间隙连接
胞间连丝结构
化学突触结构模型
封闭连接 锚定连接
紧密连接 粘合带 桥粒
角蛋白丝
通讯连接 间隙连接
半桥粒
基膜
跨膜αβ异二聚体 胞内部分：与肌动蛋白丝相互作用 胞外部分：与含有 RGD 三肽序列的
（精、甘、天冬氨酸） 纤连蛋白/层粘连蛋白 相互作用
粘附分子间的作用
第三节 细胞外基质
细胞外基质指分布细胞外，由细胞分泌的蛋白和多 糖构成的网络结构
细胞外被（糖萼）指细胞外覆盖的一层粘多糖（糖 蛋白或糖脂）
细胞外基质的成分
胶原纤维的结构与形成过程
原胶原：1/4交替平行排列；首尾有间隔，67nm周期性横纹
二、弹性蛋白
呈无规则的卷曲状，富含甘氨酸 和脯氨酸，少羟脯氨酸，无羟赖 氨酸，无Gly-X-Y序列 通过赖氨酸残基相互交联成网 状，是弹性纤维的主要成分，主 要在脉管壁、肺、皮肤、肌腱等 处 弹性纤维与胶原纤维共同存在， 赋予组织弹性和抗张性
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糖胺聚糖有4类: 透明质酸 硫酸软骨素、硫酸皮肤素 硫酸乙酰肝素、肝素 硫酸角质素
葡糖醛酸 N-乙酰半乳糖胺-6-硫酸 C
半乳糖 N-乙酰半乳糖胺-6-硫酸
葡糖醛酸 葡糖胺
葡糖醛酸 N-乙酰葡糖胺
透明质酸(hyaluronic acid) ：
第一节 细胞外基质的化学组成
凝胶基质：糖胺聚糖、蛋白聚糖 结构作用：胶原和弹性蛋白
纤维蛋白 黏合作用：纤连蛋白和层连蛋白
一、糖胺聚糖和蛋白聚糖的分子结构
1、 糖胺聚糖(glycosaminoglycan, GAG) ： 重复的二糖单元构成的长链多糖
二糖单元： 一个是糖醛酸
葡糖醛酸或艾杜糖醛酸 另一个是氨基糖
25，000多个二糖单元 唯一的不含硫酸的糖胺聚糖 可以结合蛋白聚糖，也可游离存在 不是细胞分泌的，由质膜上的酶聚合形成Fra bibliotek葡糖醛酸
N-乙酰葡糖胺
透明质酸生物学功能
糖醛酸的羧基提供大量负电荷，电荷斥力使 透明质酸分子呈伸展状，占据很大空间，处于 有限空间时，产生膨胀压赋予组织抗压性。
透明质酸分子表面有大量亲水基团，吸附大 量水分子，形成胶体，起润滑作用，易于细胞 迁移、增殖，促进伤口愈合。
起黏合作用，分子上有多个结构域，可与胶原、 蛋白聚糖、细胞等结合，将细胞外基质各成分 与细胞黏合在一起 纤连蛋白(fibronectin) 层连蛋白(laminin)
细胞外基质（extracellular matrix）：
分布于动物组织细胞外空间的、由蛋白质和多糖 大分子构成的网络结构。包括糖胺聚糖、蛋白聚 糖，胶原和弹性蛋白，纤连蛋白和层连蛋白等成 分。
它与细胞质膜上的细胞外基质受体结合，与细胞 相互关连，对细胞的分化、增殖、形状、迁移和 功能活动有重要影响。
第十七章 细胞外基质和细胞连接
Figure 19-31 The connective tissue underlying an epithelial cell sheet. It consists largely of extracellular matrix that is secreted by the fibroblasts.
蛋白聚糖的合成 糙面内质网合成芯蛋白 高尔基体进行多糖链的装配:
连接四糖、糖胺聚糖、硫酸化、异构化
若干蛋白聚糖借连接蛋白与透明质酸结合形成 聚集体
二、胶原(collagen)和弹性蛋白(elastin)
1、胶原
胶原是动物体内含量最丰富的蛋白 (总量的25％以上）。
细胞分泌产生的
胶原及其分子结构
胶原纤维，直径达几微米 胶原纤维由胶原原纤维（直径10-300nm）组成； 胶原原纤维由首尾连接、成束排列的胶原分子组
成 胶原分子是三条α肽链盘绕成三股超螺旋结构 α肽链具有Gly-x-y重复序列(x脯氨酸,y羟脯氨酸)
Gly-X-Y 甘-脯-羟脯
Figure 19-40 The structure of a typical collagen molecule. (A) A
model of part of a single collagen a chain in which each amino acid is represented by a sphere. The chain contains about 1000 amino acid residues and is arranged as a left-handed helix with three amino acid residues per turn and with glycine as every third residue. Therefore an a chain is composed of a series of triplet Gly-X-Y sequences in which X and Y can be any amino acid (although X is commonly proline and Y is commonly hydroxyproline). (B) A model of a part of a collagen molecule in which three alpha chains, each shown in a different color, are wrapped around one another to form a triplestranded helical rod. Glycine is the only amino acid small enough to occupy the crowded interior of the triple helix. Only a short length of the molecule is shown; the entire molecule is 300 nm long. (From
为形成组织结构准备空间
与透明质酸比，其它糖胺聚糖的特征
含硫酸基 含不同的二糖 链短，不到300个单糖 与蛋白质共价结合形成蛋白聚糖 由细胞合成分泌的
2、蛋白聚糖(proteoglycan) 蛋白聚糖由糖胺聚糖与芯蛋白(core protein) 的丝氨酸残基共价接合，形成高相对分子质 量的复合物。一条芯蛋白共价结合数百条糖 胺聚糖
弹性纤维与胶原纤维共同存在,分别赋予组织 以弹性及抗张性。
弹性蛋白特点 强疏水性 富含甘氨酸、脯氨酸，少量羟脯氨酸（因没有Gly-
X-Y结构，不成三股螺旋）而是无规则卷曲 非糖基化
两种短肽交替排列： 一种是疏水短肽，提供弹性 另一种富含丙、赖氨酸形成亲水序列，通过赖氨酸
交联相邻分子
三、纤连蛋白和层连蛋白
model by B.L. Trus.)
胶原的功能
胶原在胞外基质中含量最高,刚性及抗张力强度最 大,构成细胞外基质的骨架结构
在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式,以适 应特定功能的需要；
2、弹性蛋白(elastin)
弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在于 脉管壁及肺。 弹性纤维由弹性蛋白和原纤维蛋白共同组成